电晕场及介电分选提高水稻种子活力的研究

摘要

电场生物效应是生物物理学的一个重要领域，它是将农作物置于电场的辐射下，使其内部发生某种生物效应，从而促进或抑制其生长的一种内在效应。本课题通过研究圆弧形、锯齿形、针形三种芒刺电极处理水稻种子后其活力指标的变化，发现相同的处理条件下不同的芒刺电极处理水稻种子的效果是不同的，利用ANSYS仿真下极板电场分布知:在施加相同处理电压条件下，下极板的电场强度无显著差异，但相同处理电压下三种芒刺电极的电压波形和电晕电流存在明显差异。利用Design-expert设计正交试验，得出圆弧形芒刺电极在处理电压为18100 V(DC)、处理时间为4.3 min时，种子的综合活力指数取得最优值，锯齿形芒刺电极在处理电压为13400 V(DC)、处理时间为4.1min取得最优值，针形芒刺电极在处理电压为7920 V(DC)、处理时间为3.7 min取得最优值。通过验证试验，三种芒刺电极的最优组合处理水稻种子后4项活力指标（发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数）都有显著提高（P＜0.01或P＜0.05），三者的综合活力指数分别为60.8、55.2、51.2，较对照分别提高41.4％、33.5％、19.8％。通过综合三种芒刺电极在最优处理电压下的波形与电晕电流发现:在电压频率为50 Hz、尖端距下极板为50 mm的条件下，波形峰值在24000 V左右，电晕电流在80μA左右、处理时间在4 min左右是电晕场处理水稻种子较合适的条件。同时，通过记录水稻种子每天的发芽数知，电晕场处理能使水稻种子的发芽峰值约提前1天。通过测量三种芒刺电极处理后水稻种子的阻抗和介电特性发现，处理后水稻种子的电阻较对照明显下降，电抗的绝对值较对照明显上升;水稻种子的介电常数和相对介电损耗较对照明显下降。
　　为提高电晕场处理水稻种子的效率，研究了圆弧芒刺电极在不同直流电压下(18000V、20000 V、22000 V)处理3层水稻种子对其活力的影响，处理时间为4min，结果表明18000 V时上层种子处理效果较好，20000 V时3层种子都有较好的处理效果，22000V时下层种子处理效果较好，这说明电晕场处理多层水稻种子时存在电磁波的穿透效应，适宜的处理电压有利于多层水稻种子都获得较高活力，有利于电晕场处理效率的提高。
　　为研究介电分选对水稻种子活力的影响，利用介电分选机在不同的分选电压下对水稻种子进行介电分选，选滚筒转速为25 r/min，结果发现，Ⅰ级水稻种子的活力较高，且较对照有显著差异(P＜0.01或0.05)，Ⅲ级水稻种子的活力较低，且低于对照，分选机对水稻种子有较好的分选效果，并且当分选电压为4000 V(DC)时，分选获得的Ⅰ级水稻种子的活力最高，4个活力指标较对照分别提高59.4％、20.6％、33.3％、45.2％，且都达到极显著水平(P＜0.01)。通过记录水稻种子每天的发芽数发现，介电分选能使水稻种子的发芽峰值约提前1天，这也说明介电分选过程同时也是电场处理的过程。
　　利用电晕场在17500 V(DC)、4min条件下对水稻种子进行电晕场处理，再利用介电分选机在4000 V(DC)、25 r/min条件下对电晕场处理后的水稻种子进行介电分选，结果表明:组合处理后水稻种子的各活力指标均高于只进行分选时的活力指标，其中Ⅱ级和Ⅲ级种子的活力指标有明显的提高，且Ⅱ级种子的大部分活力指标较对照有显著提高（P＜0.01或0.05），这也说明电晕场处理对低活力种子效果较好。组合处理不仅提高了水稻种子的活力，又提高了可用好种子的获选量，提高了分选效率，这对生产实际是十分有益的，电晕场及介电分选组合处理机的研制是十分有必要的。